钢筋混凝土框架结构在工程中的应用.docx

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钢筋混凝土框架结构在工程中的应用

钢筋混凝土框架结构在工程中的应用

摘要

改革开放后，随着我国经济的快速发展，人们对生活水平的要求也越来越高。

特别是对居住条件的要求，因此我国建筑事业开始了突飞猛的发展。

20世纪90年代以后，随着我国钢材量的不断提高，钢筋混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展。

在我国现在的多高层建筑中，钢筋混凝土结构应用最普遍，又由于钢筋混凝土框架结构具有整体性好、围护墙体轻、抗震性好、施工速度快、布局灵活多样等优点因此钢筋混凝土框架结构成为建筑工程最常用的结构形式。

文章从基础、柱子、梁和现浇板四个方面介绍了钢筋混凝土框架结构在设计中经常遇到的问题，并提出了解决方法。

又提出了其在施工中可能遇到的问题，对施工技术进行了探讨。

并结合实例说明详细的说明了钢筋混凝土框架结构施工中的各个程序。

Reinforcedconcreteframestructureinengineeringapplication

Abstracts

Afterthereformandopening,alongwiththerapideconomicdevelopmentofourcountry,peoplelifelevelrequirementmoreandmoreisalsohigh.Especiallyforlivingconditionsrequirements,soourcountrybuilding,thebusinessbegantoadvancethedevelopmentofthefierce.After1990's,withChina'ssteelquantityunceasingenhancement,reinforcedconcretestructureintheconstructionindustryhavedevelopedrapidly.Inourcountrynowmorethanthehighbuilding,reinforcedconcretestructure,themostcommonapplication.Becauseofthereinforcedconcreteframewithgoodentirety,retainingwalllight,vibrateresistance,constructionspeedisquick,flexiblelayoutadvantagesofthereinforcedconcreteframesoasaconstructionprojectofthemostcommonstructureform.Thisarticlefromthefoundation,thepillars,beamandsitecastingintegratedfouraspectsofreinforcedconcreteframestructureisintroducedinthedesign,andoftenencounterssolutionsareputforward.Andputforwardtheconstructioninthepossibleproblemsoftheconstructiontechnology,arediscussedinthispaper.Withsomeexamplesthedetaileddescriptionofreinforcedconcreteframestructuresintheconstructionofeachprogram.

Keywords:

Reinforcedconcreteframestructure,design,Constructiontechnology

前言.....................................................1

第一章钢筋混凝土框架结构

1.1框架结构简析...........................................2

1.2框架结构的特点.........................................2

1.3钢筋混凝土框架结构与钢筋混凝土结构.....................2

1.4框架结构应注意的问题...................................2

第二章钢筋混凝土框架的结构设计

2.1基础部分...............................................4

2.2柱子部分...............................................4

2.3梁部分.................................................5

2.4现浇板部分.............................................6

第三章钢筋混凝土框架结构的施工技术探讨

3.1钢筋连接...............................................7

3.2梁柱节点箍筋施工问题...................................7

3.3混凝土强度等级不同的问题...............................8

3.4混凝土保护层厚度问题...................................9

3.5混凝土施工质量控制....................................10

3.6钢筋混凝土框架结构冬期施工的问题.......................10

第四章实例分析

4.1工程概况..............................................12

4.2施工方案编制...........................................12

4.3施工图审核............................................13

4.4施工过程中质量问题技术方案处理........................13

4.5建议和体会............................................15

结语...................................................16

参考文献.................................................17

前言

近年来，随着设计和施工水平的提高,建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑，在结构中遇到的各种难题也日益增多。

建筑结构设计是建设工程设计的重要环节，是保障建筑结构安全、实现建筑使用功能的灵魂。

在钢筋混凝土结构设计中，由于每个设计者的经验不同、对规范的理解不同，所以在处理某个设计问题时，也就会采取不同的处理方法。

结构设计是否合理直接影响到建筑的质量与安全。

所有的设计与理念最终还是要在施工中落实，没有正确扎实的施工措施，所有的工作都可以说是在做白工。

而由于施工人员技术素质存在差异,对操作规程了解较少,在施工中容易产生影响质量的现象,这些状况如重视不够或解决不及时,将会直接影响质量和工期。

第一章钢筋混凝土框架结构

1.1框架结构简析

框架是由横梁和立柱联合组成能同时承受竖向荷载和水平荷载的结构构件。

在一般的工业和民用建筑中，框架的横梁和立柱都是刚性连接的，它们间的夹角在受力前后是保持一致的。

钢筋混凝土框架结构是由楼板、粱、柱及基础四种承重构件组成的，由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。

钢筋混凝土多层框架结构是一种常用的结构形式，具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点，目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中

1.2框架结构的特点

钢筋混凝土框架结构由梁和柱刚性连接的骨架所组成，框架的连接点是刚节点，是一个几何不变体。

钢筋混凝土框架结构是一种抗震、抗风较好的结构体系，建筑平面布置灵活，使用空间大，延性较好易于满足建筑物设置大房间的要求，还可以减轻建筑物的重量，在现代工业与民用建筑中被广泛应用。

1.3钢筋混凝土框架结构与钢筋混凝土结构

（1）钢框架结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。

具有以下特点：

自重较轻，工作的可靠性较高，抗震性、抗冲击性好，工业化程度较高，容易做成密封结构，易腐蚀，耐火性差等特点。

（2）钢筋混凝土结构是用钢筋和混凝土建造的一种结构，钢筋承受拉力，混凝土承受压力。

具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。

由于钢材塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，其次钢材匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定，因此，钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构的抗震性能好。

1.4框架结构应注意的问题

（1）结构平面、竖向布置

梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提，除应满足规范所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，节点仍处于弹性工作阶段的目的，即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。

为了保证框架结构的抗震安全，结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。

设计中应合理地布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应；平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小（不应在同一层同时改变构件的截面尺寸和材料强度），避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

框架结构宜设计成双向梁柱刚架体系以承受纵横两个方向的地震作用或风荷载。

特殊情况下也可以采用一向为刚架，另一向为铰接排架的结构体系。

但在铰接排架方向应设置支撑或抗震墙，以保证结构的承载力、刚度和稳定。

（2）框架柱配筋的调整

框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中应注意一些薄弱环节的配筋。

因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱。

对于质量分布不均匀的框架尤为明显。

因此，应选择最不利的方向进行框架计算。

另外，也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则。

为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题：

①角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋应加强。

②框架柱的配筋可加强，满足概念设计中的强柱弱梁原则。

框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以增强箍筋对混凝土的约束。

③对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于8，并应焊接。

第二章钢筋混凝土框架的结构设计

2.1基础部分

（1）对于柱下扩展基础宽度较宽（大于4m）或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基；并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。

（2）建筑地段较好、基础埋深大于3m时，应建议做地下室。

当地基承载力满足设计要求时，地下室底板可不再外伸以利于防水。

每隔30~40m设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。

设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力（尤其是在周围有建筑时有用），减少地震作用对上部结构的影响。

不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。

（3）地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础梁可取消。

（4）抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设，连接处应加强；但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。

（5）新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。

如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础高差的2倍；否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。

建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。

（6）独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的基础做成柱下条基。

两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。

（7）独立基础的拉梁宜通长配筋。

拉梁顶标高宜较高，否则底层墙体过高。

（8）底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。

（9）基础底板混凝土不宜大于C3O，一是没用；二是容易出现裂缝。

2.2柱子部分

（1）地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，方便施工。

圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。

方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。

角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。

幼儿园不宜用方柱。

（2）原则上柱的纵筋宜大直径、大间距，但间距不宜大于200。

（3）柱内埋管，由于梁的纵筋锚入柱内，一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。

管截面面积占柱截面4%以下时，可不必验算。

柱内不得穿暖气管。

（4）柱断面不宜小于450×450，混凝土不宜小于C25，否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0.45La的要求，不满足时应加横筋；否则在梁柱节点处钢筋太密，混凝土浇筑困难。

异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。

当有部分矩形柱部分异型柱时，应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近，不要相差太大。

（5）柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，减小断面尺寸。

（6）尽量避免短柱，短柱箍筋应全高加密，短柱纵筋不宜过大。

（7）考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。

2.3梁部分

（1）梁上有次梁处（包括挑梁端部）应附加箍筋和吊筋，宜优先采用附加箍筋。

附加筋一般要有，但不应绝对。

规范说得清楚，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担。

也就是说，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。

位于梁下部的集中力应加附加筋。

但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。

当主次梁截面相差不大，次梁荷载较大时，应加附加筋。

当主梁高度很高、次梁截面很小、荷载很小时，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。

还有当主次梁

截面均很大，如工艺要求形成的主次深梁，而荷载相对不大，主梁也可不加附加筋。

（2）当外部梁跨度相差不大时，梁高宜等高，尤其是外部的框架梁。

当梁底距外窗顶尺寸较小时，宜加大梁高做至窗顶。

梁也可偏出柱边一较小尺寸。

梁与柱的偏心可大于1/4柱宽，并宜小于1/3柱宽。

（3）梁上有次梁时，应避免次梁搭接在主梁的支座附近；否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭，或增加构造抗扭纵筋和箍筋。

当采用现浇板时，抗扭问题并不严重。

（4）原则上梁纵筋宜小直径、小间距，有利于抗裂；但应注意钢筋间距要满足要求，并与梁的断面相应。

箍筋按规定在梁端头加密。

布筋时应将纵筋等距，箍筋肢距可不等。

小断面的连续梁或框架梁，上、下纵筋均应采用同直径的，尽量不在支座搭接。

（5）端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁，梁端支座可按简支考虑，但梁端箍筋应加密。

（6）挑梁宜作成等截面（大挑梁外露者除外）。

与挑板不同，挑梁的自重占总荷载的比例很小，作成变截面不能有效减轻自重。

变截面挑梁的箍筋，每个都不一样，难以施工。

变截面梁的挠度也要大于等截面梁。

挑梁端部有次梁时，注意要附加箍筋或吊筋。

一般挑梁根部不必附加斜筋，除非受剪承载力不足。

对于大挑梁，梁的下部宜配置受压钢筋以减小挠度。

挑梁配筋应留有余地。

（7）梁上开洞时，不但要计算洞口加筋，更应验算梁洞口下偏拉部分的裂缝宽度。

梁从构造上能保证不发生冲切破坏和斜截面受弯破坏。

（8）挑梁出挑长度小于梁高时，应按牛腿计算或按深梁构造配筋。

（9）扁梁宽度不必过大，只要钢筋能正常摆下及受剪满足即可。

因为在挠度计算时，梁宽对刚度影响不大。

相对来讲，增大钢筋更经济。

同时梁的上筋应大部分通长布置，以减小混凝土徐变对挠度的增大。

（10）梁宽大于350时，应采用四肢箍。

2.4现浇板部分

（1）板的钢筋宜采用大直径、大间距，但间距不大于200，间距尽量用200（一般跨度小于6.6m的板的裂缝均可满足要求）。

板上下钢筋间距宜相等，直径可不同，但钢筋直径类型也不宜过多。

（2）相连几个房间的同型号、同间距板底钢筋宜连通。

（3）配筋计算时，可考虑塑性内力重分布，将板上筋乘以0.8~0.9的折减系数，将板下筋乘以1.1~1.2的放大系数。

（4）支承在外圈框架梁上的板负筋不宜过大，否则将对梁产生过大的附加扭距。

一般来说，板厚>150时采用φ10@200；否则用φ8@200。

（5）当厚板与薄板相接时，薄板支座按固定端考虑是适当的；但厚板就不合适，宜减小厚板支座配筋，增大跨中配筋。

第三章钢筋混凝土框架结构的施工技术探讨

3.1钢筋连接

大直径钢筋（φ≥28）可采用钢筋剥肋滚压直螺纹套筒连接新技术,即剥助钢筋纵肋后滚压直螺纹的套筒将预制的丝头待连接钢筋旋拧在一起达到钢筋连接一体,实现等强度连接的目的。

（1）机理

利用滚压螺纹能使螺纹综合机械性能大幅度提高的特性,同时利用螺纹连接传力不均率与螺杆横截面积变化率相协调对应能够降低螺杆抗拉应力,改变连接过渡段内力曲线形状,降低变截面应力集中影响的特性来弥补钢筋剥肋和螺纹小径对钢筋横截面积削弱影响达到钢筋等强度连接。

（2）技术特点

①接头强度高,连接质量稳定可靠。

接头性能达到行业标准钢筋机械连接通用技术规程（JGJ107～96）中A级规定,实现与钢筋母材等强度连接。

②钢筋丝头螺纹加工精度高。

使工厂加工的套筒与施工现场加工的钢筋丝头配合性好,

保证了钢筋连接质量。

③由于钢筋端部的丝头是对钢筋柱体表面金属强化后形成的螺纹,钢筋芯部材质和机械性能不发生任何变化,接头的综合机械性能高,特别是接头的抗疲劳性能好,与钢筋化学成分无关。

④铜筋丝头加工过程中钢筋搬运次数少、操作简单,加工速度快。

一次装卡即可完成钢筋剥肋、滚压螺纹两道工序。

⑤钢筋丝头加工设备投入小,易耗件损耗低,一套滚丝轮可加工丝头为0.8万～1.2万个。

⑥接头连接施工方便,质量容易控制。

钢筋丝头用手即可旋入套筒,仅最后2～3扣时用管钳或力矩扳手旋紧,只要钢筋外露螺纹不超过1.5扣,即可保证接头的等强连接。

⑦适用范围广。

不仅适用于直径16～50mmⅡ、Ⅲ级钢筋在各个方向和位置的同、异径可旋转钢筋连接,还能适用于不可旋转或轴向不能移动钢筋的连接。

3.2梁柱节点箍筋施工问题

（1）一般施工做法的弊病

梁柱节点施工的复杂性主要表现为:

节点构造复杂。

钢筋分布密集,操作人员高空作业。

施工难度大,特别是中间柱子钢筋纵横交错,箍筋绑扎不便,采用整体沉梁时节点区下部箍筋无法绑扎,致使梁柱节点部位不放或少放柱箍筋,留下严重隐患。

部分施工人员意识到钢筋骨架整体入模后柱节点内箍筋绑扎困难,便采用两个开口箍筋拼台,然而在整个节点区均采用开口箍筋显然不符合规范规定。

规范箍筋封闭和箍筋末端弯钩的构造要求,是保证箍筋对混凝土核心起有效约束作用的必要条件,但采用分层下箍法操作难度仍相当大。

必须将节点部分侧模板拆除方能保证节点箍筋间距及绑扎牢固。

若采用原位绑扎钢筋（即先安装梁底模,再直接在梁底模上绑扎梁筋、安装侧模板）,其缺陷是:

①只安装梁底模、不安装侧模板。

板的模板无法安装,造成整个模板支撑系统不稳定,易发生模板倒塌事故。

②在框架结构施工中,所有的钢筋均在施工楼层堆放和二次运输。

在这种开放的模板体系上堆放和搬运钢筋极其不安全。

③支模和绑钢筋多次交叉作业。

不利于施工组织管理,窝工现象较严重,工效较低。

（2）改进的对策

近年的作法是将梁板模板（含侧模板）全部安装完毕后才安装梁板钢筋并整体沉梁。

该施工程序的优点是钢筋堆放、运输及绑扎较安全,交叉作业少。

支模和绑钢筋不冲突,工效较高。

但若不采取特别措施,会出现节点箍筋少放或者箍筋间距无法保证的问题。

对此,可采用如下措施解决:

①下料时每个节点增加若干根纵向短筋（可用细钢筋）。

②柱节点区箍筋现场焊接在纵向短筋上形成整体骨架。

再将整体骨架套入柱纵筋并搁置在楼板模板面上,穿梁钢筋并绑扎,为防止附加纵同短筋位置与柱纵筋冲突而造成套箍困难。

附加纵向短筋应偏离箍筋角部约5cm。

采用该法可保证柱节点箍筋的间距与数量,实施效果较好。

需要说明的是,当结构较复杂时,采用该方法可能也会有困难,施工时要视具体情况而定。

3.3混凝土强度等级不同的问题

在钢筋混凝士框架结构设计时，根据设计原则，为保证“强柱弱梁”强节点的要求，柱的混凝士强度等级通常会比梁板高，而且随着建筑物高度的增加，两者的差距会更大。

然而这样的话，就会给实际施工带来很大麻烦。

在框架结构施工中，比较普遍的做法是柱和粱板混凝土分两批集中浇筑，即节点区采取和粱板结构混凝上相忙4强度等级浇筑。

如果单独浇筑节点区，会存在因供应量少和与粱板分隔困难的问题，若同柱一起浇筑，会因节点区混凝土施工缝留置出现违背规范规定的问题，如与梁板同时浇筑存在节点“夹层”，存在质量隐患。

根据文献规定，粱柱混凝七强度等级相差不宜大于5MPa，如果超过时，粱柱节点区施工时应作专门处理，使节点区混凝士强度等级与柱相同。

特别强调节点核心区的混凝土强度等级要与柱相同，不能与梁板混凝土强度等级相同；而文献规定。

当柱混凝土设计强度等级高于梁板的设计强度时。

应该对粱柱节点核心区混凝土强度等级采取有效措施，保证节点混凝土的强度。

两个规范都在保证强节点的设计原则。

具体可采取以下措施：

为了方便施工，可以直接在梁端（柱边）设黄垂直交界面，采用快易收口网，可避免在板内设置交界面，使施工难度降低；但为防止交界面出现施工冷缝，建议施工时节点区混凝土采用塔吊用漏斗浇筑，梁板混凝土则采用泵送，同时浇筑嘲。

要保证核心区混凝土的强度，具体做法是在节点处增加纵向钢筋，设置型钢或矩形芯柱及增加箍筋予以补强。

这种方法旋工方便，质量容易保证，易被施T单位接受，但节点区轴压比增大。

延性减小。

3.4混凝土保护层厚度问题

保护层厚度的规定是为满足结构构件的耐久性要求和对受力钢筋有效锚固的要求。

保护层厚度太小,无法满足上述要求,太大则构件表面易开裂,因此,《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204——1992）第3.5.8条《建筑工程质量检验评定标准》（GBJ301——1988）第5.2.10条、《混凝土结构工程施工质量验收规范））（GB50204-——002）第5.5.2条均规定受力钢筋保护层厚度梁拄允许偏差为±5mm。

施工时须严格按规范和设计要求保证混凝土保护层厚度，但实际施工时很难做到。

高层建筑中。

由于柱箍筋直径较大．间距较密，肢数较多，加工难度较大。

安装时内外箍筋很难做到完全重叠，只能部分外突部分内凹，外突箍筋使模板无法安装，为此施工单位总是有意识地将箍筋做小一点以便安装模板。

但会造成柱纵筋保护层偏大，解决该问题有赖于提高现场加工精度。

在框架结构施工中,由于楼面标高是一致的,双向框架梁同时穿越柱节点时,必然造成一侧框架梁面筋保护层厚度偏火（往往会超过40mm）